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當(dāng)涉及到PCB 設(shè)計(jì)時(shí)，PCB 走線電流容量帶來的限制是至關(guān)重要的。雖然IPC-2221通用設(shè)計(jì)指南是一個(gè)很好的起點(diǎn)，但 PCB 走線寬度計(jì)算器提供了可用于電路板設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確值。
PCB上一條走線的電流容量由走線寬度、走線厚度、所需的最大溫升、走線是內(nèi)層還是外層以及是否被阻焊層覆蓋等參數(shù)決定。
在本文中，我們將討論：
PCB走線寬度
PCB走線載流能力
大電流PCB
大電流 PCB 布局指南
高電流 PCB 的設(shè)計(jì)技巧
PCB走線寬度計(jì)算器
PCB走線或PCB走線是PCB上的銅導(dǎo)體，在PCB表面?zhèn)鲗?dǎo)信號(hào)。它是蝕刻后留下的銅箔平坦、狹窄的部分。流經(jīng)銅跡線的電流會(huì)產(chǎn)生大量熱量。正確校準(zhǔn)的 PCB 走線寬度和厚度有助于最大限度地減少電路板中的熱量積聚。走線越寬，電流電阻越低，熱量積聚越少。如下圖所示，PCB 走線寬度是走線的水平尺寸，而厚度是走線的垂直尺寸。
PCB走線結(jié)構(gòu)
PCB 的開發(fā)總是從默認(rèn)的走線寬度開始。但是這樣的默認(rèn)走線寬度并不總是適合所需的 PCB。這是因?yàn)槟枰ㄟ^考慮走線的電流承載能力來決定走線寬度。
確定正確的走線寬度時(shí)需要考慮幾個(gè)因素：
銅層厚度——銅層厚度是 PCB 上的實(shí)際走線厚度。高電流 PCB 的默認(rèn)銅厚度約為 1 盎司（35 微米）至 2 盎司（70 微米）
的TRAC的截面積? -在PCB上更高的功率要求，需要具有更高的橫截面面積的痕跡。這與走線寬度成正比。
走線的位置——底部或頂部或內(nèi)層
數(shù)字、射頻和電源電路主要處理或傳輸?shù)凸β市盘?hào)。這些應(yīng)用的銅重量為 1-2oz，承載電流為 mA 至 1A 或 2A。一些應(yīng)用（例如電機(jī)控制）需要高達(dá) 50A 的電流，這將需要 PCB 上的銅重量更大和走線寬度更大。
針對(duì)高電流要求的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是加寬銅跡線并將跡線的厚度增加到 2oz。這將增加電路板上的空間要求以及電路板上的層數(shù)。
大電流 PCB 布局指南這些是設(shè)計(jì)和制造高電流 PCB 的指南：
大電流走線短走線長(zhǎng)意味著線阻值高，并且還承載大電流，從而導(dǎo)致更大的功率損耗。由于功率損耗會(huì)產(chǎn)生熱量，因此電路板壽命會(huì)縮短。因此，保持承載大電流的走線盡可能短是至關(guān)重要的。
計(jì)算具有適當(dāng)溫升的走線寬度走線寬度是諸如電阻和通過它的電流以及允許的溫升等變量的函數(shù)。按照慣例，允許溫度比環(huán)境溫度 25°C 高 10°C。在電路板材料和設(shè)計(jì)允許的情況下，甚至可以允許 20°C 的溫升。
將敏感元件與熱隔離電壓基準(zhǔn)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和運(yùn)算放大器等一些電子元件對(duì)溫度變化很敏感。當(dāng)此類組件受熱時(shí)，它們的信號(hào)會(huì)發(fā)生變化。
眾所周知，大電流板會(huì)產(chǎn)生熱量，因此上述組件需要與熱點(diǎn)進(jìn)行一定程度的熱隔離。您可以通過電路板切口和提供散熱連接來做到這一點(diǎn)。
去除阻焊層為了增加走線的電流能力，您可以去除暴露下面銅的阻焊層。然后可以在跡線上添加額外的焊料，這將增加其厚度并降低電阻。這將允許更多電流流過走線，而不會(huì)增加走線寬度或產(chǎn)生額外銅厚的成本。
在高電流組件下使用銅皮現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 (FPGA) 和處理器采用球柵陣列(BGA) 和線柵陣列 (LGA) 封裝，并且具有高電流要求。為了實(shí)現(xiàn)高電流，您可以在芯片正下方放置方形多邊形，然后向下放置通孔并連接到它們。然后，您可以將多邊形覆銅通過過孔到粗電源線或電源平面。
IC 下的銅皮
當(dāng) PCB 的外層沒有用于厚走線的空間時(shí)，您可以在內(nèi)部板層中進(jìn)行實(shí)心填充。接下來，您可以使用過孔連接到外層上的高電流設(shè)備。
添加銅條以獲得非常高的電流對(duì)于電流超過 100A 的電動(dòng)汽車和大功率逆變器，銅線可能不是傳輸功率和信號(hào)的最佳方式。在這種情況下，您可以使用可以焊接到 PCB 焊盤上的銅母線。銅母線的厚度比走線厚得多，可以根據(jù)需要承載高電流，而不會(huì)出現(xiàn)任何發(fā)熱問題。
母線上的PCB
當(dāng)走線不能在單層中承載所需的電流時(shí)，走線可以在多個(gè)層上布線，并通過縫合連接各層。在兩層走線厚度相同的情況下，這將增加載流能力。
什么是 PCB 走線寬度計(jì)算器？走線寬度取決于很多因素，如銅層厚度、走線位置的長(zhǎng)度等，很難手動(dòng)計(jì)算出準(zhǔn)確的值。這就是為什么大多數(shù)制造 PCB 的企業(yè)都提供計(jì)算走線寬度的工具的原因。PCB 走線寬度計(jì)算器是一種工具，它考慮了上述所有因素，以提供所需走線寬度的準(zhǔn)確值。
根據(jù) IPC-2221 印制板設(shè)計(jì)通用標(biāo)準(zhǔn)，PCB 走線電流限制可進(jìn)一步分為內(nèi)部導(dǎo)體和外部導(dǎo)體。下面給出的圖表顯示了與跡線寬度相關(guān)的不同變量之間的關(guān)系。這些變量是跡線橫截面積、溫升以及外部導(dǎo)體和內(nèi)部導(dǎo)體的最大載流能力。
電流對(duì)比 外部導(dǎo)體的橫截面圖
導(dǎo)體寬度 Vs橫截面圖
電流對(duì)比 內(nèi)導(dǎo)體的橫截面圖
根據(jù)圖表，計(jì)算載流量的公式如下：
I = K ΔT 0.44 A 0.75
K = 0.024 內(nèi)層走線和 0.048 外層走線
ΔT = 以°C 為單位的最大溫差
A = 銅線的橫截面積，單位為 mil2
I = 電流承載能力（安培）
現(xiàn)有的 PCB 走線寬度計(jì)算器仍然基于圖表中的數(shù)據(jù)和上面給出的公式。它們可作為 PCB 設(shè)計(jì)人員非常精確地計(jì)算走線寬度的便捷工具。此表中提到了溫升 10°C 時(shí) 2oz 銅的最大載流能力。
最大電流容量（安培） | 外層的最小走線寬度 (mil) | 內(nèi)層的最小走線寬度 (mil) |
2 | 19.95 | 20.03 |
4 | 66.59 | 66.86 |
6 | 134.78 | 135.34 |
8 | 222.28 | 223.21 |
10 | 327.68 | 329.05 |
在確定走線電流容量時(shí)，有復(fù)雜的因素在起作用。但是，PCB 設(shè)計(jì)人員可以依靠走線厚度計(jì)算器的可靠性來幫助有效地設(shè)計(jì)電路板。獲得正確的走線寬度及其載流能力對(duì)于設(shè)計(jì)可靠且高性能的 PCB 大有幫助。
